师:同学们,大家好!今天我们一起来学习解直角三角形及其应用的第三课时内容。首先,我们回顾一下与本节课有关的知识:解直角三角形时,除直角外还需要哪些条件呢?在直角三角形中,三个内角、三条边共6个元素,除直角外的5个元素,只要知道其中两个元素,且这两个元素中至少已知一条边,就可以求出其余三个未知元素。
好,下面我们来看例题,请同学们仔细审题。热气球的探测器显示,从热气球看一栋楼顶部的仰角为30度,看这栋楼底部的俯角为60度,热气球与楼的水平距离为120米。这栋楼有多高?(结果取整数)这里有两个新名词:俯角和仰角,我们一起来认识一下。观察物体时,视线和水平线会形成一个锐角,当视线在水平线上方时,这个角叫做仰角;当视线在水平线下方时,则叫做俯角。
学习了俯角、仰角的定义后,我们可以将上面的例题转化为这样一道数学问题:在三角形ABC中,∠α = 30度,∠β = 60度,AD垂直BC,AD = 120米,求BC的长。观察图形,能否通过BC所在的三角形ABC直接求出其长度呢?
生:不能。
师:那如何转化BC呢?
生:BC = BD + CD,所以要求BC,只需求出BD和CD的长。
师:非常好,那BD、CD分别和哪些已知量有关?请同学们按下暂停键思考一下。
本题中AD垂直BC,我们容易找到α和β分别所在的直角三角形ABD和直角三角形ADC。而BD所在的直角三角形ABD中,已知∠α = 30度,AD = 120米,通过正切可以找出AD和BD之间的数量关系,从而求出BD。同理,CD所在的直角三角形ADC中,∠β = 60度,AD = 120米,通过正切又能得出AD和CD之间的数量关系,进而求出CD,这样本题就迎刃而解了。下面我们看具体解答过程。
解:由题意得,∠α = 30度,∠β = 60度,AD = 120米。因为在Rt三角形ADB中,tan∠α = BD / AD,所以BD = tan∠α × AD = 120 × tan30度 = 120 × √3 / 3 = 40√3米。因为在Rt三角形ADC中,tan∠β = CD / AD,所以CD = AD × tan∠β = 120 × tan60度 = 120√3米。所以BC = BD + CD = 40√3 + 120√3 = 160√3米。因为结果要取整数,√3 ≈ 1.732,所以BC ≈ 277米。这栋楼高约277米。
把刚刚的例题改变一下,得到这样一道变式题。如图,热气球在长400米的跨江大桥AB的上方P点处,测得A处的俯角为37度,测得B处的俯角为45度。求热气球的高度(结果取整数)。请同学们按下暂停键,观察一下图中有没有哪条线段的长度能代表热气球的高度呢?
生:显然没有。
师:那如何解决?
生:过点P做PO垂直AB交AB延长线于点O,OP的长即为热气球的高度。
师:很好,通过两直线平行内错角相等,将已知的两个俯角分别转化为∠PAO = 37度,∠PBO = 45度。从图中发现PO为直角三角形POB和直角三角形POA的公共边。但在这两个直角三角形中,我们都只能找到一个已知角,缺少解直角三角形的一个条件,不能直接求出PO。那怎么解决呢?
生:可以通过已知角的正切得到PO与OB、PO与OA的数量关系。因为PO为公共边,所以用方程思想设PO的长为x,这样就可以表示出OA、OB的长。
师:非常棒,那列方程时需要的等量关系在哪呢?
生:因为AB = 400米,且AB = OA - OB,通过这个等量关系就可以列方程了。
师:请看具体解答过程。解:作PO垂直AB交AB的延长线于点O。设PO = x米。在直角三角形POB中,∠PBO = 45度,所以OB = PO = x米,所以OA = x + 400米。在Rt三角形POA中,∠PAB = 37度。由tan∠PAB = PO / OA得OP = OA × tan∠PAB = OA × tan37度。其中tan37度取0.75,所以OP = 0.75(x + 400),得到方程x = 0.75(x + 400),解得x = 1200,故飞机的高度为1200米。当然,这道题我们也可以选择设其他长度为x。请同学们课后可以尝试一下。
回顾前面例题和变式的图形,我们发现这两个图形都有两个直角三角形,并且都有一条公共的直角边。我们把这种图形称之为有公共边的双直角三角形模型。一是两个直角三角形分别在公共边的两侧,模型二则为同侧。解决这种模型,我们一般通过已知的公共边,利用三角函数求出其他边;或者当公共边未知时设为x,再寻求线段间的等量关系,建立方程求解。同学们,在数学学习中,我们要注意一些数学模型的应用,这样在解题过程中我们就能快速地获得清晰的解题思路。
好,下面我们来看例2。某地为打造宜游环境,对旅游道路进行改造,如图,是风景秀美的观景山。从山脚B到山腰D沿斜坡已建成步行道。为方便游客登顶观景,欲从山腰D到山顶A修建电动扶梯。经测量山高AC = 154米,步行道BD = 168米,∠DBC = 30度,在山腰D处测得山顶A的仰角为45度。求电动扶梯AD的长度(结果保留根号)。图中很容易找到∠ADF和AD所在的等腰直角三角形ADF。
那如何找到BD和∠DBC所在的直角三角形呢?
生:显然没有。
